在黑洞附近为什么时间变慢

‘壹’ 星际穿越中为什么靠近黑洞的地方时间会变慢

因为黑洞附近的时空曲率已经膨胀到了近乎停滞的地步。因此，靠近黑洞，时间才会逐渐变慢；当主人公抵达黑洞中心的那一刹那，他就超越了时空之间的对立关系，前往到了四维世界。

我们都知道，近期，知名导演的诺兰的《星际穿越》又在全世界展开了重映，激起了无数科幻爱好者的观影狂潮。可以说，星际穿越这部影片，虽然“硬科幻”，内容详实，基础扎实；但是，也将故事讲的通俗易懂，对普通观众来说，门槛没有那么高。

因此，影片的这一设定，恰好反应了编剧以及诺兰本人对电影孜孜不倦的追求。影片中，男主角后来在黑洞中找到“虫洞”入口的桥段，也并不是子虚乌有。

‘贰’ 当物体靠近黑洞时，它的时间就会过得极慢甚至停止，这是为什么

这是一个比较烧脑的问题，我们需要先理解一下在爱因斯坦的相对论中，有关时间的非常抽象的概念。在相对论的体系中，我们所处的时空之所以被称为“时空”，那是因为时空是由时间和空间共同构成，它们是一体的，是不可分割的，任何脱离时空体系的对时间的描述都是片面的。简单的说，时间对于时空来说，是一个可变的参数，它可以因为因为物体所受的引力以及物体的运动速度而改变。

引力使时间变慢的现象，在相对论中被称为“引力时间膨胀效应”。广义相对论指出，引力是因为有质量的物体使周围的时空发生了所扭曲造成的，一个物体质量越大，造成的时空扭曲就越大，其引力也就越大。而时空的扭曲率决定了时间的流逝速度，其具体表现在时空的扭曲率越大，时间流逝的速度就越慢。关于这一点，可以参照下面的方程式。

在上图中，t为被观测者的时间，T为静止参考系的时间，G为引力常数，M为产生引力的天体的质量，r为被观测者离引力中心的距离，c为光速。在这个公式中，我们可以清楚的看到，当引力源的质量M增加时，被观测者的时间t就会减少，而质量与引力是成正比关系的，这就是引力使时间变慢的理论基础。

根据公式计算，在地球上每升高一米，由“引力时间膨胀效应”造成的偏差约为1.09 x 10^-16秒。也就是说在地球上不同高度的人，其感受到的时间是有差别的，例如住在12楼的你（约为44米高），你的时间就比住在一楼上的人快大约一千万亿分之四点八秒。是不是很奇妙？原来我们在上下楼的过程中，一直都在“穿越”，只是这个时间偏差极小而我们感受不到。

大家不要认为这只是爱因斯坦的异想天开，事实上，这个公式是经过科学界严谨的验证了的，现代的高精度的原子钟已经将时间定位的非常的精准。1969年，庞德-雷布卡实验就首次直接证实了“引力时间膨胀效应”的存在。

虽然这种现象造成的时间偏差极小，但在引力差距足够大的时候就不能忽略了。拿现在我们非常依赖的GPS定位系统来说吧，因为它的卫星离地面很远，所受到的地心引力就比地面上要小得多，所以时间上发生的偏差就显得比较大了，因此它的授时系统就要严格的依照相对论进行调整了，不然的话，GPS就会因为与地面上的时间偏差而不能进行精准的定位。

如上所述，从静止参考系的观测者的角度来看，当一个物体受到的引力越大，它的时间流逝速度就会越小。根据“引力时间膨胀效应”，当我们处于静止参考系来观察一个物体靠近一个引力巨大的天体时，比如说黑洞，当这个物体离黑洞越来越近，时间就会过得越来越慢，由于黑洞的引力近乎无限大，那么这个物体的时间也就无限的趋近于零。那么，从我们的角度来看，这个物体似乎就永远进不了黑洞！

这些令我们难以想象的场景，也许会真实的发生。宇宙的神秘，并非现在的我们能真正理解的，我们人类还需要太多太多的时间！

‘叁’ 生活在黑洞周围会发生什么爱因斯坦：时间流逝速度会变慢

黑洞可以说是宇宙中最神秘的天体了，由于连光都无法逃脱它的引力范围，所以科学家无法对黑洞内部做出任何观测。

幸运的是，通过对黑洞周围物质发生的变化，我们还是对黑洞的性质有了一些了解。

目前可以肯定的是， 黑洞除了会撕碎靠近它的天体外 ，还会用超强的引力扭曲附近的时空，让黑洞周围星球上的时间流逝速度变慢。

比如科幻电影《星际穿越》中的卡冈图雅黑洞，就用引力让周围星球上的时间流逝速度大大减缓，达到了1小时7年的地步， 也就是说每在黑洞周围的星球上待一小时，地球上就会过去七年时间。

以上这个看似荒谬的情节，其实是经过科学界严格论证的，而且最早提出“引力会导致时间变慢”的不是别人，正是大名鼎鼎的 爱因斯坦 。

当时的爱因斯坦将狭义相对论与引力聚拢到了一起，创立了比牛顿万有引力定律更胜一筹的广义相对论，在这个有关引力的新理论中，引力被解释成了 “大质量天体扭曲周围时空引起的几何跌落” ，也就是说引力除了影响空间中星球的运行，还会影响时间中流逝速度的快慢。

在广义相对论中，质量越大的天体引力越强，相应减缓时间流逝速度的能力也越强，而宇宙中质量最大的天体莫过于黑洞，所以黑洞周围的时间流逝速度，就是全宇宙最慢的了。

目前天文学界把黑洞分为三类， 分别是原初黑洞、超大质量黑洞和恒星级黑洞 ，其中原初黑洞是在宇宙大爆炸之初，因为质量分布不均匀而产生的天然黑洞，超大质量黑洞则主要存在与星系中央，是由众多黑洞融合而来的，比如银河系中心的超大质量黑洞人马座a*，就是与周围黑洞融合的产物。

至于恒星级黑洞，则是由大质量恒星在晚年坍塌而成的，这种黑洞在宇宙中分布极其广泛，占了黑洞数量上的大头。

如果这个人在黑洞周围的星球上生活了一周，然后返回地球的话， 地球上很可能已经过了7年甚至700年了 ，虽然具体的时间要视黑洞的引力强度而定，但可以肯定的是，从黑洞周围再回到地球后，地球世界肯定已经沧海桑田了。

在《星际穿越》中，超级黑洞卡冈图雅的质量达到了太阳的一亿倍，这种体量的黑洞可以将时间流逝速度减缓至 “一小时七年” 的水平，而目前天文学界发现的质量最大的黑洞 SDSS J073739.96+384413.2，相当于1040亿个太阳。

如果在这颗质量最大的黑洞周围生活，那么在一小时不到的时间里，外部世界就会过去千万亿年甚至更久，在如此恐怖的时间膨胀效应下， 在黑洞周围生存就等同于穿越时空了 ，不过只能向未来穿越。

黑洞周围的生存环境绝对是宇宙中最严酷的，因为它的时间流逝速度和外界存在差异， 如果未来人类文明有能力发射探测器接近黑洞，或者让宇航员接近黑洞的话 ，探测器或者宇航员以光速传回地球的数据，很可能会因为黑洞附近的时间膨胀效应而变得很慢。

所带来的直接后果就是， 人类可能永远无法获得黑洞附近的第一手资料 ，因为承载这些资料的信息会在永恒的时间膨胀中被封闭，也许几千年甚至几万年后，这些信息才能飞到地球被接收到。

黑洞虽然可怕，但目前天文学界并未在太阳系附近发现黑洞，所以我们暂时不用担心它们，唯一需要警惕的就是那些超级对撞机们， 因为它们的对撞实验强度，是有可能生成微型黑洞的。

‘肆’ 黑洞探索：为什么黑洞周围的时间会变得缓慢

一直以来全世界的科学界对于黑洞的研究都是非常好奇，但是对于黑洞的了解可以说是一知半解，目前大家都不能够合理地解决黑洞的各种现象，对于黑洞的能量和物质也不能够合理的判断，最重要的就是在黑洞的附近，我们会发现时间会变慢，在宇宙的黑洞附近时间是否会静止，这也得到了全世界范围内天文爱好者的关注。

黑洞的产生也是让很多人比较好奇，其实对于黑洞的产生并没有那么玄幻，也并没有科幻电影里面演的那么恐怖，黑洞的产生过程比较类似于中子星的产生，因为恒星的核心是自身重量的作用下进行收缩，所以在进行收缩的过程当中发生了强烈的爆炸，当核心当中的所有物质开始喷发，并且收缩停止之后这就会形成一个密实的星球，所以这就是我们了解的黑洞。

黑洞就像是一个在太空当中的真空吸尘器一样，白矮星以及中子星和黑洞的质量差不多相同，能够将周围的物质全部吸进去，然而黑洞的能量非常强，内部的物质现在也不知道物理和化学的性质，所以现在对于黑洞还不能够进行更为彻底的研究，并且通过科学家的推算和发现，在黑洞附近的时间也会出现缓慢的情况。”

通过广义的相对论判断，空间在引力场作用下会出现弯曲，光虽然可以沿着各种路线来进行穿梭，但是当受到一定影响的时候，也是不能够走直线的，所以这就会造成运动的速度减慢，自然就会造成磁场出现一定的影响，所以时间也会出现缓慢甚至静止，这就是为什么让很多人都感觉到宇宙黑洞非常的奇幻，就是因为黑洞附近的物质是有着非常大的变化。

当然，希望自己的时间变慢的朋友也不要因此希望靠近黑洞哦，它那巨大的引力会把你撕碎的

‘伍’ 为什么在黑洞附近时间会变慢

空间可以被压缩，空间的密度就增加了。
太阳就压缩了周围的空间，所以光线经过太阳附近就发生了偏转。
光线进过不同的空间，由于空间密度不同，产生透镜效应，使光发生偏转，被偏转的光存在折射效应，说明空间的密度不同，而不是空间简单的被扭曲了。

说上述话的目的就是，光速在密度大的空间速度变慢了。原因很简单，因为时间变少了，也可以这样理解，空间被压缩的同时，时间同样被压缩了。因此黑洞附近的时间肯定会变慢，因为空间被压缩了。

白洞、反空间也是存在的，只是反空间、反物质存在的时间很短，白洞在原始星系形成时存在，所以也时间不长。目前都没有观测到。

黑洞表象上是不断吞噬物体，黑洞内部实际上是不断压缩时间和空间，可以这样理解，黑洞把物质转变成能量来压缩时间和空间。

当黑洞吞噬物体到一定能量后，或者因为黑洞之间的碰撞，使一个点上时间消失（时间的开始等于结束），空间无限小。这就是奇点的形成。

奇点的形成，该区域空间的消失，连锁造成其他关联空间断裂消失，这个断裂就是反空间的出现，如同黑夜里的闪电，宇宙中只有断裂是超光速的，断裂可以说是同步发生，速度无限，这就是奇点的爆炸。

空间的断裂/消失，奇点的爆炸，质密的反空间闪电般消失，无数闪电末梢继续释放能量，冲击太空开始形成白洞，释放的能量以光速碰撞/喷发出物质形成新的星系，这也就是星系是盘状的原因。

白洞释放出物质形成星系，由于太空存在光速障碍，无法跑出直线，并且白洞在最后形成的星系的核心翻转，这也是星系核心呈现球状的原因，由于星系的边缘是白洞先喷发释放出天体，所以星系边缘天体的年龄更古老。

‘陆’ 为什么黑洞周围时间变慢

按相对论理论，这是因为参照系不同导致的，时间在不同的参照系内流速是不一样的。
黑洞视界周边，由于引力场异常大，导致空间向内塌缩，人类的视觉尺度和真实的尺度并不一致。以某一个在黑洞视界边缘的飞行器为例，该飞行器自由落入黑洞，并在落入视界的同时以光速向外逃逸。以黑洞外部的视角来看，该飞行器在落入视界的一瞬间消失；而以飞行器的视角来看，该飞行器一直在以光速逃离黑洞，始终未落入黑洞。

‘柒’ 神奇，为什么越靠近黑洞时间越慢

只是对站在远处的观察者来说，时间看起来静止了而已，视界上的时间并不会发生什么变化

想象一下 你在视界外向黑洞扔一个秒表 而它每秒都会辐射一次。在它不断靠近黑洞的过程 黑洞的引力也越来越大。你每次接受到秒表读秒的间隔也越来越长。 而等秒表落到视界表面的时候， 因为视界以内所有光的传播路线都是向内的 ， 所以你再也无法接收到秒表传来的信号。 对你而言 就像是时间在那静止了一样。

‘捌’ 当物体靠近黑洞时，它的时间就会过得极慢甚至停止，这是为什么

这是一个相对令人头疼的问题。我们需要了解爱因斯坦相对论中非常抽象的时间概念，在相对论体系中，我们的时间和空间之所以被称为“时间和空间”，是因为时间和空间是由时间和空间组成的，它们是一个不可分割的，任何脱离时空体系的对时间的描述都是单方面的。简而言之，时间对于时空来说是可变参数，由于对象的重力和对象的移动速度而可以更改。

如上所述，从固定参考系的观察者的角度来看，物体的重力拉力越大，其经过的时间越短。根据“引力时间扩展效应”，当我们在静止参照系中观察靠近引力天体的物体时，例如黑洞，当物体靠近黑洞时，时间会变慢慢一点由于黑洞的重力几乎是无限的，因此该物体的时间将无限接近零。因此，从我们的角度来看，这个物体似乎永远不会进入黑洞。

‘玖’ 为什么《星际穿越》中说，离黑洞近，时间会变慢

因为黑洞附近的时空曲率已经膨胀到了近乎停滞的地步。因此，靠近黑洞，时间才会逐渐变慢；当主人公抵达黑洞中心的那一刹那，他就超越了时空之间的对立关系，前往到了四维世界。

我们都知道，近期，知名导演的诺兰的《星际穿越》又在全世界展开了重映，激起了无数科幻爱好者的观影狂潮。可以说，星际穿越这部影片，虽然“硬科幻”，内容详实，基础扎实；但是，也将故事讲的通俗易懂，对普通观众来说，门槛没有那么高。

因此，影片的这一设定，恰好反应了编剧以及诺兰本人对电影孜孜不倦的追求。影片中，男主角后来在黑洞中找到“虫洞”入口的桥段，也并不是子虚乌有。

‘拾’ 黑洞周围时间变慢真的是因为黑洞的引力吗

假设站在黑洞的边界，时间会变慢吗？黑洞可以吞噬改变时间吗？会变慢，也不会变慢！为何这样说？相信很多人都看过科幻电影《星际穿越》，电影中有一个精彩片段，男主角在黑洞附近停留一小时，地球上已经过了七年！这样一来，男主角就会感觉到他的时间变慢了！

这种现象也彻底打破了我们固有的时间观念（就像高速度会让时间变慢一样），以前我们都认为时间是绝对的，在任何地方的流逝速度都一样，但如今我们明白时间（空间也是）是相对的！

时间和空间的相对性，也时间穿越成为了可能，在不久的将来，人们或将能够轻松地真正前往未来，甚至回到过去！